[发明专利]一种基于动态强度折减DDA法的边坡稳定性分析系统

摘要

本发明公开一种基于动态强度折减DDA法的边坡稳定性分析系统，属于边坡稳定性分析领域，该系统为了考虑真实情况中岩体结构面损伤的程度不一性问题，提出对位移变化不小于阈值的块体结构面抗剪强度参数c和进行动态折减变化。在程序计算中，块体结构面抗剪强度参数每隔一定时步(10000步，每一时步为0.001s)按照块体相对位移变化与阈值的关系只针对位移变化符合要求的结构面的抗剪强度参数进行折减，折减系数从1.000开始，依次增加0.001，直至发生急剧变形，则此时其取值为该边坡滑落面安全系数，可根据检索出的滑落面位置提前剥离边坡危险区域岩体，实用性强，为边坡多滑面稳定性分析及治理贡献了一种新手段。

主权项

1.一种基于动态强度折减DDA法的边坡稳定性分析系统，其特征在于，包括以下步骤：(1)输入几何、物理、计算参数，确定边坡的几何尺寸、岩石容重、弹性模量、泊松比等；(2)块体识别并进行接触检测，结构面切割岩体形成块体，对块体进行识别，并进行块体间的接触检测；(3)形成子矩阵，不包括接触子矩阵，其中弹性子矩阵为：式中，E、v为块体单元的弹性模量和泊松比；初始应力子矩阵为：式中，为块体初始常应力；点荷载子矩阵为：式中，(F_x，F_y)为点荷载力；体积力荷载子矩阵为：式中，(f_x，f_y)为体积力荷载，S为块体单元的面积；(4)加减接触弹簧形成接触子矩阵，其中包括法向弹簧子矩阵与切向弹簧子矩阵；在每一时步内，都要重新确定弹簧的施加与否及弹簧的位置，需要反复生成求解总刚矩阵；刚性弹簧的施加与去除过程称之为开—合迭代；如果接触在法向弹簧上出现拉力，在刚性弹簧去除后两边将分离；如果顶点嵌入接触的另一边，要加入刚性弹簧，将其拉回接触面上；接触有三种状态：张开、滑动和锁定；根据相应的接触状态变化来对块体的位移变化进行更新。当接触状态变化分别为张开‑张开、张开‑滑动、张开‑锁定、滑动‑张开、滑动‑滑动、滑动‑锁定、锁定‑张开、锁定‑滑动、锁定‑锁定时，对应位移变化为N＞0、N＞0、N＜0，N＜0，N＞0、N＜0，其中：N是法向位移，N＞0为张开，是剪切位移矢量，T是剪切位移，||表示两个矢量方向相同；(5)求解位移矢量平衡方程，每个块体的位移矢量包含六个变量：D＝(u₀,v₀,r₀,ε_x,ε_y,γ_xy)^T其中(u₀,v₀)是块体内特定点(x₀,y₀)的刚性位移，r₀是块体绕特定点(x₀,y₀)的旋转角度，ε_x、ε_y、γ_xy分别为该块体的正应变与切应变；块体内任意点(x,y)的位移(u,v)为：基于最小势能原理构建的系统整体平衡方程为：式中：系数矩阵中K_ij为6×6子矩阵；K_ii由块体单元的材料属性和几何参数决定；K_ij(i≠j)则由块体i和块体j间的接触条件而决定；[D_i]和[F_i]是6×1子矩阵，D_i为块体i的变形变量(d_1i,d_2i,d_3i,d_4i,d_5i,d_6i)；F_i是块体i上分配给6个变形变量的荷载；(6)检查收敛性，系统根据计算结果是否收敛来决定如何运行下一步程序，若收敛，则根据接触判定点计算块体相对滑动位移并与位移阈值0.001m作对比，根据对比结果动态变化结构面剪切强度参数c和具体公式如下：式中：c'和分别指折减后的结构面抗剪强度参数黏聚力和内摩擦角；F_sr是折减系数，处于临界状态时的折减系数F_sr即边坡滑落面安全系数F_s，N指代块体间结构面相对位移满足阈值条件的次数；若不收敛，则返回至(4)；(7)位移突变，则判定边坡失稳，并记录安全系数并检索出滑落面位置，反之，则返回(2)。